STM32DMA原理和应用

目录

1.什么是DMA

2.DMA的意义

3.DMA搬运的数据和方式

4.DMA 控制器和通道

5.DMA通道的优先级

6.DMA传输方式

7.DMA应用

实验一: 内存到内存搬运

CubeMX配置:

​编辑用到的库函数:

代码实现思路:

实验二: 内存到外设搬运

CubeMX配置:

​编辑用到的库函数:

代码实现思路:

实验三: 外设到内存搬运

CubeMX配置

用到的库函数

代码实现思路:


1.什么是DMA

DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依赖于CPU,在这个时间中,CPU对于内存的工作来说就无法使用。

简单描述:DMA就是一个数据搬运工!

2.DMA的意义

代替 CPU 搬运数据,为 CPU 减负

  • 1. 数据搬运的工作比较耗时间;
  • 2. 数据搬运工作时效要求高(有数据来就要搬走);
  • 3. 没啥技术含量(CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事)。

3.DMA搬运的数据和方式

DMA搬运存储器、外设的数据

这里的外设指的是spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设,而这里的存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的

三种搬运方式:

  • 存储器→存储器(例如:复制某特别大的数据buf)
  • 存储器→外设 (例如:将某数据buf写入串口TDR寄存器)
  • 外设→存储器 (例如:将串口RDR寄存器写入某数据buf)

存储器→存储器

STM32DMA原理和应用_第1张图片

存储器→外设STM32DMA原理和应用_第2张图片

外设→存储器

STM32DMA原理和应用_第3张图片

4.DMA 控制器和通道

STM32F103有2个 DMA 控制器,DMA1有7个通道,DMA2有5个通道。 一个通道每次只能搬运一个外设的数据!! 如果同时有多个外设的 DMA 请求,则按照优先级进行响应。

DMA1有7个通道:STM32DMA原理和应用_第4张图片

DMA2有5个通道:

STM32DMA原理和应用_第5张图片

5.DMA通道的优先级

优先级管理采用软件+硬件:

  • 软件: 每个通道的优先级可以在DMA_CCRx寄存器中设置,有4个等级
  • 最高级>高级>中级>低级
  • 硬件: 如果2个请求,它们的软件优先级相同,则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。
  • 比如:如果软件优先级相同,通道2优先于通道4

6.DMA传输方式

DMA_Mode_Normal(正常模式)

  • 一次DMA数据传输完后,停止DMA传送 ,也就是只传输一次

DMA_Mode_Circular(循环传输模式)

  • 当传输结束时,硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装,进行下一轮的数据传输。 也就是 多次传输模式

指针递增模式:

  • 外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。
  • 当设置为增量模式时,下一个要 传输的地址将是前一个地址加上增量值。STM32DMA原理和应用_第6张图片

7.DMA应用

实验一: 内存到内存搬运

实验要求:

使用DMA的方式将数组A的内容复制到数组B中,搬运完之后将数组B的内容打印到屏幕。

CubeMX配置:

DMA 配置:STM32DMA原理和应用_第7张图片

串口配置:

STM32DMA原理和应用_第8张图片
用到的库函数:

1. HAL_DMA_Start

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t
DstAddress, uint32_t DataLength)
  • 参数一:DMA_HandleTypeDef *hdma,DMA通道句柄
  • 参数二:uint32_t SrcAddress,源内存地址
  • 参数三:uint32_t DstAddress,目标内存地址
  • 参数四:uint32_t DataLength,传输数据长度。注意:需要乘以sizeof(uint32_t)
  • 返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)

2. __HAL_DMA_GET_FLAG

#define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (DMA1->ISR & (__FLAG__))
  • 参数一:HANDLE,DMA通道句柄
  • 参数二:FLAG,数据传输标志
  • DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志
  • 返回值:FLAG的值(SET/RESET)
代码实现思路:
  • 1. 开启数据传输
  • 2. 等待数据传输完成
  • 3. 打印数组内容

代码示例:

#include 

uint32_t src_buf[16] = {	
	0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
	0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
	0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
	0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
};
uint32_t des_buf[16];


//重定向printf
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
    unsigned char temp[1]={ch};
    HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);  
    return ch;
}

int main(void)
{
  int i= 0;
/*
1. 开启数据传输
2. 等待数据传输完成
3. 打印数组内容
*/
  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
	
	//1. 开启数据传输
	HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1,(uint32_t)src_buf,(uint32_t)des_buf,sizeof(uint32_t) * 16);

	//2. 等待数据传输完成
	while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET);
	//3. 打印数组内容
	for (i = 0; i < 16; i++)
	printf("Buf[%d] = %X\r\n", i, des_buf[i]);
		
  while (1)
  {
		
  }

}

烧录代码,打开串口助手:
STM32DMA原理和应用_第9张图片

实验二: 内存到外设搬运

实验要求:

使用DMA的方式将内存数据搬运到串口1发送寄存器,同时闪烁LED1。

CubeMX配置:

DMA配置:

STM32DMA原理和应用_第10张图片

串口配置:

STM32DMA原理和应用_第11张图片
用到的库函数:

HAL_UART_Transmit_DMA

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
  • 参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
  • 参数二:uint8_t *pData,待发送数据首地址
  • 参数三:uint16_t Size,待发送数据长度
  • 返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
代码实现思路:
  • 1. 准备数据
  • 2. 将数据通过串口DMA发送

代码示例:

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

unsigned char sendbuf[100];

int main(void)
{
  int i;
  //1. 准备数据
  for(i=0;i<100;i++){
	  sendbuf[i] = 'z';
  }
  //2. 将数据通过串口DMA发送
  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,sendbuf,100);
	
  while (1)
  {
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
		HAL_Delay(300);
  }
}

烧录代码,打开串口助手

STM32DMA原理和应用_第12张图片

实验三: 外设到内存搬运

实验要求:

使用DMA的方式将串口接收缓存寄存器的值搬运到内存中,同时闪烁LED1。

CubeMX配置

DMA配置:

STM32DMA原理和应用_第13张图片

串口和中断配置:

STM32DMA原理和应用_第14张图片

用到的库函数

1. __HAL_UART_ENABLE

#define __HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__) ((((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR1_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR1 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
(((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR2_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR2 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
((__HANDLE__)->Instance-
>CR3 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)))
  • 参数一:HANDLE,串口句柄
  • 参数二:INTERRUPT,需要使能的中断
  • 返回值:无

2. HAL_UART_Receive_DMA

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
  • 参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
  • 参数二:uint8_t *pData,接收缓存首地址
  • 参数三:uint16_t Size,接收缓存长度
  • 返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)

3. __HAL_UART_GET_FLAG

#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR &
(__FLAG__)) == (__FLAG__))
  • 参数一:HANDLE,串口句柄
  • 参数二:FLAG,需要查看的FLAG
  • 返回值:FLAG的值

4. __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG

#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)
  • 参数一:HANDLE,串口句柄
  • 返回值:无

5. HAL_UART_DMAStop

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)
  • 参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
  • 返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)

6. __HAL_DMA_GET_COUNTER

#define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)
  • 参数一:HANDLE,串口句柄
  • 返回值:未传输数据大小
代码实现思路:

如何判断串口接收是否完成?如何知道串口收到数据的长度?

使用串口空闲中断(IDLE)!

  • 串口空闲时,触发空闲中断
  • 空闲中断标志位由硬件置1,软件清零

利用串口空闲中断,可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收:

  • 1. 使能IDLE空闲中断
  • 2. 使能DMA接收中断
  • 3. 收到串口接收中断,DMA不断传输数据到缓冲区
  • 4. 一帧数据接收完毕,串口暂时空闲,触发串口空闲中断
  • 5. 在中断服务函数中,清除中断标志位,关闭DMA传输(防止干扰)
  • 6. 计算刚才收到了多少个字节的数据
  • 7. 处理缓冲区数据,开启DMA传输,开始下一帧接收

代码示例:

main.c

uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE]; // 接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; // 接收一帧数据的长度
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuf,100); // 使能DMA接收中断
while (1)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
    HAL_Delay(300);
}

main.h

#define BUF_SIZE 100

stm32f1xx_it.c

extern uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE];
extern uint8_t rcvLen;

void USART1_IRQHandler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
    /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
    if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)) // 判断IDLE标志位是否被置位
    {
        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);// 清除标志位
        HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA传输,防止干扰
        uint8_t temp=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        rcvLen = BUF_SIZE - temp; //计算数据长度
        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rcvBuf, rcvLen);//发送数据
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);//开启DMA
    }
    /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

烧录代码,打开串口助手,将接收到的数据通过串口发送到上位机:

STM32DMA原理和应用_第15张图片

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